有机粘结剂替代膨润土制备氧化球团

第 38卷第 5期 2007年 l0月 中南大学学报(自然科学版) J．Cent．South Univ．(Science and Technology) Vl0l-38 No．5 Oct．2007 有机粘结剂替代膨润土制备氧化球团 杨永斌，黄桂香，姜 涛，黄柱成，罗 勇，黄亚蕾 (中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙，410083) 摘 要：为了提高球团矿铁品位，研究新型有机粘结剂 D替代膨润土对球团制备的影响。研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：采用有 机粘结剂 D完全替代膨润土，当其用量为 0．25％~o．30％(质量分数)时，即可获得满足要求的生球性能及成品球强 度，但预热球强度很低，只有 100 N／个左右，只能用于对预热球强度要求不高的球团生产工艺：而有机粘结剂D 部分替代膨润土时，不仅可以获得良好的生球性能及成品球强度，预热球强度也可满足生产要求：在 0．10％有机 粘结剂 D和 0．50％膨润土的条件下，生球落下强度大于 3次／(o．5 m)，且爆裂温度大于 600℃，成品球强度达到 2．6~2．9 kN／个，预热球强度大于400 N／个；有机粘结剂 D的应用使球团铁品位明显提高，用 0．30％有机粘结剂 D 完全替代膨润土时，球团铁品位为 64．07％，比 1．0％膨润土的球团提高0．76％：采用 0．10％有机粘结剂 D和 0．50％ 膨润土时，球团铁品位为63．74％，比 1．0％膨润土球团提高 0．43％。 关键词：球团矿：有机粘结剂；膨润土 中图分类号：TF046．6 文献标识码：A 文章编号：l672．7207(2007)05—0850—07 Application of organic binder as substitutes for bentonite in pellet preparation YANG Yong—bin，HUANG Gui—xiang，JIANG Tao，HUANG Zhu—cheng，LUO Yong，HUANG Ya—lei (School of Minerals Processing and Bioengineering，Central South University,Changsha 4 1 0083，China) Abstract：The application of an organic binder D as a substitute for bentonite in pellet preparation was studied with the purpose of increasing total Fe(TFe)content of pellet．The results show that，when bentonite is fully substituted by organic binder D．satisfying green ball properties and fired pellet strength can be obtained by adding 0．25％一0．30％ of binder D．However,the strength of preheated pellets is too poor to endure preparing processes that will exeR strong mechanical forces on preheated pellets．Fortunately,when bentonite is partially substituted by organic binder D，green ball properties and fired pellet strength as well as preheated pellet strength turn out to be favorable．With 0．1 0％ of binder D and 0．50％ of bentonite added in the mix，such favorable results as wet knock over 3 per 0．5 m，bunt temperature over 600~C，fired pellet strength of 2．6-2．9 kN，and preheated pellet strength over 400 N are obmined．The TFe of pellet is significantly increased by using organic binder D either fully or partially as a substitute for bentonite．The TFe reaches 64 ．07％ with 0．30％ binder D only,and 63．74％ with 0．1 0％ organic binder D and 0．50％ bentonite．The two TFe contents are 0．76％ and 0．43％ higher than that with 0．1 0％ bentonite．respectively． Key words：pellets；organic binder；bentonite 高炉炼铁生产实践表明，高碱度烧结矿配加酸性 球团矿是理想的炉料结构 】。提高入炉球团矿的铁品 位，对高炉实现高产、低耗意义重大。理论上，高炉 入炉原料铁品位提高 1％，焦比降低 2％，产量可提高 收稿 日期：2006—12—11：修回日期：2007—02--05 作者简介：杨7K~(1969一)，男，江两萍乡人，博士，从事钢铁冶金与资源综合利用的研究 通信作者：杨永斌，男，博士：电话：0731-8830547；E—mail：ybyang@mail．CSU．edu．cn 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 5期 杨永斌，等：有机粘结剂替代膨润土制备氧化球团 851 3％l4 J。进一步稳定球团矿质量，提高球团矿品位， 必须使用高品位、细粒度的铁精矿。在相对稳定的原 料条件下，影响球团矿品位的主要因素是添加剂残留 在球团矿中的杂质。球团中主要的添加剂是粘结剂。 目前，国内氧化球团厂普遍采用膨润土作粘结剂，而 膨润土几乎全部残留在球团中，因而降低 了球团品 位l9 。国内膨润土用量一般为 1．5％～3．0％，甚至更 高，只有少数在 1．5％以下，因此，球团矿铁品位的下 降是不容忽视的。 人们多年来致力于有机粘结剂的研究与开发，其 目的就是为了降低膨润土用量，甚至取消膨润土，利 用有机粘结剂带入杂质少的特点，提高球团矿的铁品 位。从20世纪80年代起，国内外就开始了有关有机 粘结剂用于球团制备的研 H 。然而，尽管有机粘 结剂的研究已历时几十年，但到目前为止，球团生产 中占绝对支配地位的粘结剂仍然是膨润土。而有机粘 结剂则因种种原因至今未能获得广泛应用，这些原因 包括添加及混合问题、成球动力学问题、生球热性能 问题、球团焙烧问题、成本问题等。在此，本文作者 采用新型有机粘结剂D进行完全和部分替代膨润土的 研究，主要从造球性能、用量、球团焙烧特性等方面 来考察粘结剂 D作为膨润土替代品的可行性。 1 实验原料及方法 1．1 实验原料 实验所用的含铁原料为来自某厂生产现场的2种 铁精矿(用精矿 A和精矿 B表示)，按现场生产实际配 LL(30％精矿 A+70％精矿 B，质量分数1配成混合料进 行实验。铁精矿的化学组成和粒度组成见表 1和表2。 可见，2种精矿都是磁铁精矿，均含有少量的S，F， Na2O和K2O。精矿 A的铁品位较高，SiO2较低，且 粒度较小；而精矿B的铁品位较低，SiO2含量较高， 且粒度较大。 粘结剂有膨润土和有机粘结剂 D。膨润土的化学 组成和物理性能见表3和表4。有机粘结剂 D是一种 在具有多种支链结构的高分子化合物上植入了大量的 表 1 铁精矿化学组成 Table 1 Chemical composition of iron concentrates w／％ 表3 膨润土的化学组成 Table 3 Chemical composition of bentonite w／％ 维普资讯 http://www.cqvip.com 852 中南大学学报(自然科学版) 第38卷 羧基和羟基基团的合成物质。 1．2 实验方法 全部含铁原料均经过晾晒干使其水分低于适宜的 混合料水分(水分控制在5％左右)。造球混合料采用人 工配料和混匀，每次按比例称取 5 kg含铁混合料，配 加按比例计算好的粘结剂。生球的制备是在圆盘造球 机上进行的，造球机直径为800 nllTl，转速为25 r／min， 倾角为 49。。为了模拟生产实际情况，造球过程分为 母球形成和母球长大和生球紧密3个阶段。造球结束 后，称出500 g测定生球水分，并取 1O～15 nllTl的生 球进行生球质量 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 ，检测的项目有爆裂温度、落下 强度和抗压强度。 生球在 120℃烘干，用于进行预热及焙烧实验。 预热、焙烧实验在卧式管状电炉中进行，电炉由炉膛 直径为50 nllTl的1个铁铬铝丝电阻炉和 1个硅碳管电 阻炉对接而成，前者作预热用，后者作焙烧用。球团 矿的抗压强度在最大载荷为9．806 65 kN的智能球团 压力机上测定。 2 结果与讨论 2．1 有机粘结剂D完全替代膨润土 2．1．1 有机粘结剂D完全替代膨润土对造球的影响 为了考查有机粘结剂D完全替代膨润土对造球的 影响，对2种粘结剂分别进行了用量实验。造球时间 为 10 min，生球水分分别为各自的适宜水分(膨润土生 球中水分为 7．8％左右，粘结剂 D生球中水分为8．5％ 左右1，结果如图 1和图 2所示。 ^、 I ● Z {赵 骥 k 瓣 {蚤 膨润土用量／％ 图 1 膨润土用量对生球落下强度的影响 Fig．1 Effect of addition of bentonite on wet knock =．、 I ● Z {赵 骥 k 瓣 {蚤 有机粘结剂 D用量 ，％ 图 2 有机粘结剂 D用量对生球落下强度的影响 Fig．2 Effect of addition of organic binder D on wet kn ock 由图 1和图 2可知，对于实验所用的混合精矿， 生球的落下强度随2种粘结剂用量的提高都提高得很 快，说明该混合精矿具有较好的成球性能。膨润土用 量在 1．O％时，生球落下强度达到3．4次／(O．5 m)，可满 足生产要求。这种膨润土用量对于铁精矿造球来说， 几乎达到了目前的最低水平，在这种条件下得出的替 代粘结剂将具有很宽的适用范围。 用有机粘结剂D造球时，生球落下强度在其用量 为 0．25％时即可达到 3．1次／(O．5 m1，用量为 O．30％时 则达到了3．6次／(O．5 m1。这一实验结果表明，粘结剂 D用量为 0．25％-4)．30％~P可达到膨润土用量为 1．O％时 的生球强度。 从造球的角度上考查粘结剂，除了生球的强度以 外，还应考查其对成球动力学和爆裂温度的影响。2 种粘结剂的造球时间均为 10 min，而且在所实验的用 量范围内，粘结剂D具有与膨润土一样正常的运行轨 迹和良好的分层、分区状态，表明用粘结剂D造球时 在成球动力学上与膨润土没有明显的差异。至于生球 爆裂温度，用 1．O％膨润土作粘结剂时为 542℃，而 用O．30％粘结剂D时为568℃，这一结果说明在获得 相近生球强度所需用量条件下，用有机粘结剂D替代 膨润土作粘结剂时不会导致爆裂温度下降。 因此，从造球的角度来看，有机粘结剂D用量为 0．25％-4)．30％时，在生球强度、成球动力学、生球爆 裂温度等方面都能达到膨润土用量为 1．O％时的效果。 充分证明了有机粘结剂D替代膨润土不会对铁精矿造 球产生不利影响。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 杨永斌，等：有机粘结剂替代膨润土制备氧化球团 853 2．1．2 有机粘结剂 D 完全替代膨润土对球团焙烧的 影 响 为了研究有机粘结剂 D替代膨润土可行性，还需 要进一步进行球团焙烧实验，以确定粘结剂D对球团 焙烧特性的影响。图3所示为在预热温度为950℃， 预热时间为 10 min，焙烧温度为 1 250℃，焙烧时间 为 12 min的条件下进行的有机粘结剂D的球团焙烧 实验。 <_ ● 至 爱 匾 黹 呕 餐 有机粘结剂D用量／％ 图 3 有机粘结剂D用量对成品球团强度的影响 Fig．3 Effect of addition of organic binder D on strength of fired pellet 从图3可以看出，在上述常规焙烧条件下，粘结 剂 D对球团的强度产生不利的影响。随着有机粘结剂 D．用量的增加，球团的抗压强度下降。不加粘结剂时 球团强度接近 3．0 kN／个，而加入 0．10％粘结剂 D 时，球团强度降至 2-3 kN／个左右，当粘结剂 D 用 量增至0．30％时，成品球的抗压强度更是下降至 1．708 kN／个，只能满足中小型高炉的要求。因此，采用有机 粘结剂D完全替代膨润土时，成品球团的强度有待于 进一步提高。 有机粘结剂D在升温过程中因发生氧化、分解等 反应而被烧损，使球内本来由有机粘结剂D形成的连 接构架突然消失，而由预热过程重新形成的微结晶连 接又来不及形成，以至于在升温过程中一度处于 “零 强度”状态。这种处于 “零强度”状态的球在经历高 温过程时，很容易受热应力的作用而遭到结构上破坏， 因此，球团强度会因粘结剂D的加入及其用量的增加 而下降。由于有机粘结剂D的烧损主要发生在预热阶 段，因此，对成品球团强度的影响也主要是通过影响 预热过程和预热球的性能所致。 基于上述分析，在热工 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 方面，提高球团强度 最重要的措施是调整预热温度，以控制粘结剂的烧损 速度，并在兼顾球团氧化效果的前提下，使其烧损过 程在球团热应力作用较弱的状态下发生。为此，进行 了预热温度条件实验。实验中粘结剂 D 的用量为 0．30％，预热时间为10 min，焙烧温度为 1 250℃， 时间为 12 min，结果如图4所示。可见，成品球团强 度只是在预热温度从 860℃提高至 890℃时略有提 高，而当预热温度在890℃以上继续升高时则有明显 的下降趋势。因此，采用有机粘结剂D制备球团时， 预热温度不宜过高。适宜的预热温度为860～890℃， 此时成品球团强度为2．70~2．95 kN／个，可以满足各种 高炉的生产要求。 ● ＼ 爱 出 黹 预热温度／~C 图4 预热温度对粘结剂 D球团强度的影响 Fig．4 Effect of preheating temperature on pellet strength ofbinder D · ● Z ＼ 爱 匾 镛 咯 镫 需要指出的是，在所实验的温度范围内，预热球 的强度都很低。虽然预热球的强度随预热温度的升高 呈略有提高的趋势，但最高的也只有 160 N／个，而且 此时的成品球强度已因预热温度过高降到较低水平。 而在成品球强度达到最高时的预热温度下，预热球强 度只有 108 N／个。因此，有机粘结剂D完全替代膨润 土时，尽管可以获得足够大的成品球强度，但预热球 强度低的问题将使其适用性受到较大的制约。 在成品球团强度满足要求的前提下，预热球强度 的制约主要表现在球团生产工艺的选择上。链篦机一 回转窑工艺对预热球强度要求最高，需要承受装料的 冲击和滚动的磨剥作用；竖炉工艺次之，需要承受料 柱的压力和炉料下行的磨剥作用；带式机焙烧工艺则 只需承受较低料柱的压力，因而对预热球强度要求不 维普资讯 http://www.cqvip.com 854 中南大学学报(自然科学版) 第38卷 高。鉴于上述预热球强度水平，有机粘结剂D完全替 代膨润土难以满足对预热球强度要求较高的链篦机一 回转窑及竖炉的工艺要求，只能用于对预热球强度要 求较小的带式机焙烧工艺及小型竖炉的球团生产。 2．2 有机粘结剂 D部分替代膨润土 为了克服有机粘结剂D预热球强度低的问题，考 虑在使用粘结剂D的同时保留一部分膨润土，即实行 部分替代，形成有机粘结剂D与膨润土的组合粘结剂。 表5所列为组合粘结剂的造球实验结果。由表 5可知， 组合粘结剂所获得的生球都具有很好热性能，爆裂温 度都在 600℃以上。加入 0．10％(相对于混合料)的粘 结剂D时，膨润土的用量降至 0．50％，仍可满足生球 强度要求，达到3-3次／(0．5 m)。结合图 l的结果可知， 从造球效果来看，采用组合粘结剂时，对于所实验的 精矿混合料，用量为0．10％的粘结剂 D可降低 0．50％ 的膨润土用量。而完全替代时，有机粘结剂 D的用量 需要 0．25％~0_30％(替代用量为 1．0％的膨润土1。因此， 有机粘结剂D与膨润土组合使用的作用效果比单独使 用强，即从替代效率上讲，部分替代要高于完全替代。 表 5 组合粘结剂的造球实验结果 Table 5 Balling tests using combined binders 图5所示为对膨润土用量为0,50％、有机粘结剂 D 用量为 0．10％的组合粘结剂球团在预热时间为 l0 min，焙烧温度为 l 250℃，焙烧时间为 12 min的条 件下进行的焙烧实验结果。由图5可见，与完全替代 相比，部分替代时球团的焙烧性能有很大的改善。预 热球强度随预热温度升高明显提高，且在所实验预热 温度范围(860℃升高到950℃)内均高于400 N／个， 达到了各种球团生产工艺的要求。至于成品球团强度， 当预热温度在 860-920℃范围内提高时略有提高，当 1 ● Z 慧 出 鸶 鼷 预热温度 ／*C 图5 预热温度对组合粘结剂球团强度的影响 Fig．5 Effect of preheating temperature on strength of pellet of combined binders 预热温度超过 920℃时有所下降。尽管如此，在 860-950℃的温度区间预热时，成品球团强度变化幅 度不大，为2．6～2．9 kN／个，可以满足高炉的生产要求。 因此，保留一部分膨润土，利用有机粘结剂 D部分替 代膨润土，完全可以克服有机粘结剂球团焙烧性能上 的不足，使预热球和成品球团的强度都能满足生产要 求。这样，既可降低膨润土的用量，又可制备出符合 工业要求的球团矿产品。 2．3 有机粘结剂D替代膨润土时球团矿的铁品位 众所周知，高品位炉料是实现高炉高产、低耗的 根本保障，也是冶金工作者长期追求的目标。球团界 多年来致力于有机粘结剂的研究与开发，其目的就是 为了降低膨润土用量，甚至取消膨润土，利用有机粘 结剂带入杂质少的特点，提高球团矿的铁品位。因此， 球团的铁品位是验证有机粘结剂优越性的主要依据。 表 6所列为配加不同粘结剂 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的球团铁品位分 析结果，其中除了作为对比用的无粘结剂球团外，其 他 3种粘结剂方案球团在生球性能和成品球强度上都 能满足生产要求。不加粘结剂时，球团铁品位为 64．36％，而加 1．0％的膨润土时，球团铁品位只有 63-31％，降低了1．05％。加 0．30％的有机粘结剂D完 全替代膨润土时，球团铁品位为64．07％，比无粘结剂 球团只低 0．29％，却比膨润土球团提高 0．76％。配加 0、10％的粘结剂 D和 0,50％膨润土进行部分替代时， 球团铁品位为63．74％，比膨润土球团提高了0．43％。 因此，采用有机粘结剂D替代膨润土时，具有明显提 ● 至 慧 匣 鸶 咯 镫 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 杨永斌，等：有机粘结剂替代膨润土制备氧化球团 855 表 6 不同粘结剂球团矿的铁品位 Table 6 TFe contents ofpellets ofdifferent binders 高球团铁品位的效果，提高的幅度随替代量不同而 不同。 为了说明有机粘结剂 D提高球团铁品位的机理， 进行了烧残实验。称取一定数量的粘结剂，放在瓷舟 内，按照球团焙烧的热工操作条件(950℃下 10 min， 1 250℃下 10 min)进行焙烧。由表 7可知，粘结剂 D 的烧残率远远低于膨润土的烧残率。经过焙烧以后， 粘结剂 D的烧残率只有 12．23％，说明用该粘结剂制 备球团时，在球团内残留量很少，并不明显降低球团 的铁品位：而膨润土的烧残率高为 93．53％，因而用于 球团制备时，几乎全部残留在球团内，显著降低了球 团的品位。这一结果充分证实了有机粘结剂D替代膨 润土能提高球团铁品位。 表7 粘结剂烧残量测定结果 Table 7 Results of binder residue after firing 3 结 论 a．有机粘结剂 D 是一种造球效果良好的粘结 剂，用于完全替代膨润土时，在其用量为 0．25％- 0．30％f质量分数)时即可获得满足要求的生球性能，落 下强度大于3次／(0．5 m)，爆裂温度在 550℃以上。在 球团焙烧中，可以获得满足要求的成品球团强度，但 预热球强度较低，不能用于对预热球强度要求高的球 团生产工艺，只能用于对预热球强度要求低或无明确 要求的球团生产工艺。 b．有机粘结剂 D与膨润土组合使用，实行部分 替代时，配加 0．10％的有机粘结剂D可将膨润土的用 量降到0．50％，落下强度达到 3．3次／(0．5 m)，爆裂温 度高于600℃。球团焙烧中，预热球和成品球团强度 均满足生产要求，克服了有机粘结剂 D预热球强度差 的问题，预热球强度达到 400 N／个以上，成品球团强 度达到 2．6~2．9 kN／个，可满足各种球团生产工艺及高 炉的生产要求。因此，有机粘结剂 D部分替代膨润土 时，既达到了显著降低膨润土用量的效果，又可满足 生产过程及产品性能的要求。 c．采用有机粘结剂 D完全或部分替代膨润土， 都能有效提高球团铁品位。配加 0．30％的有机粘结剂 D完全替代膨润土时，球团铁品位为64．07％，比1．0％ 膨润土的球团提高 0．76％：采用 0．10％有机粘结剂 D 和 0．50％膨润土时，球团铁品位为 63．74％，比 1．0％ 膨润土球团提高0．43％。 参考文献： [1] 傅菊英，姜 涛，朱德庆．烧结球团学[M]．长沙：中南工业 大学出版社，l996． FU Ju·ying， JIANG Tao， ZHU De-qing． Sintering and pelletizing[M]． Changsha： Central South University of Technology Press，l 996． [2] 肖 琪．团矿理论与实践[M]．长沙：中南工业大学出版社， l991． XIAO Qi．Pelletization theory and practice[M]、Changsha： Central South University ofTechnology Press，1991、 [3] 傅菊英，朱德庆、铁矿氧化球团基本原理、工艺及设备[M]、 长沙：中南大学出版社，2004． FU Ju·ying，ZHU De·qing Basic principles，techniques and equipments of iron 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